第2章 细胞工程 高二生物单元复习 （人教版2019选择性必修3）

第2章细胞工程基础梳理重点难点考点一

植物细胞工程知识梳理一.细胞工程细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过细胞器、细胞或组织水平上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程原理和方法操作水平目的分类细胞生物学、分子生物学和发育生物学细胞器、细胞或组织获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品动物细胞工程和植物细胞工程知识梳理二、植物细胞的全能性1.理论基础：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，即细胞具有全能性2.原理：细胞内含有本物种的全部遗传信息3.全能性表达条件：具有完整的细胞结构,处于离体状态,提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件4.全能性高低②受精卵＞生殖细胞＞体细胞③植物细胞＞动物细胞①分化程度低的细胞>分化程度高的细胞（受精卵全能性最高）知识梳理三、植物组织培养技术1.概念：将离体的植物器官、组织或细胞（外植体）等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术2.原理：植物细胞一般具有全能性3.过程：接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活不需要光照需要光照脱分化再分化重点难点三、植物组织培养技术3.过程：（1）外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞（2）脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下,已经分化的细胞经过脱分化,失去其特有的结构和功能,转变成未分化细胞的过程（3）愈伤组织：不定形的薄壁组织团块（4）再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养,又可以重新分化出根或芽等器官的过程重点难点三、植物组织培养技术4.实例——菊花的组织培养（1）操作流程

外植体消毒

酒精消毒30S无菌水清洗2~3次流水冲洗外植体次氯酸钠溶液处理30min无菌水清洗2~3次接种

将外植体切成0.5-1CM长的小段将外植体1/3—1/2插入诱导愈伤组织的培养基用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并做好标记培养

置于18-22℃的培养箱中培养15-20d后转接到诱导生芽的培养基长出芽再转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗三、植物组织培养技术4.实例——菊花的组织培养（1）操作流程

重点难点移栽

移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管在培养箱内生长几日。用流水清洗根部的消过毒后，将幼苗移植到培养基的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长状后再移栽入土栽培

将幼苗移栽后，每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花接种注意事项：诱导愈伤组织培养基→诱导生芽培养基→诱导生根培养基若先生根后面就不易生芽植物组织培养的关键（1）条件：离体,一定营养物质,激素（生长素、细胞分裂素）等。（2）培养基状态：固体培养基（需再分化生根培养基及生芽培养基）。（3）体内细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。（4）光照的应用脱分化阶段不需要给予光照,再分化阶段需要给予光照,以利于叶绿素的形成。三、植物组织培养技术4.实例——菊花的组织培养

知识梳理按照不同的顺序使用这两类激素,会得到不同的实验结果使用顺序实验结果先使用生长素,后使用细胞分裂素有利于细胞分裂,但细胞不分化先使用细胞分裂素,后使用生长素细胞既分裂也分化同时使用分化频率提高简记：先“生”分裂不分化,后“生”分裂又分化,同“使”分化频率高三、植物组织培养技术4.实例——菊花的组织培养

知识梳理知识拓展生长素/细胞分裂素的值影响植物细胞的发育方向生长素/细胞分裂素植物细胞的发育方向高有利于根的分化，抑制芽的形成低有利于芽的分化，抑制根的形成适中促进愈伤组织的生长简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤三、植物组织培养技术4.实例——菊花的组织培养

重点难点四、植物体细胞杂交技术1.概念：将不同来源的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成新植物体的技术2.过程：知识梳理植物细胞A、B原生质体A、B融合的原生质体杂种细胞愈伤组织杂种植株纤维素酶、果胶酶处理

除去细胞壁诱导融合物理法电融合法、离心法化学法聚乙二醇（PEG）融合高Ca2+—高Ph融合法再生出细胞壁脱分化四、植物体细胞杂交技术3.原理：体细胞杂交利用了细胞膜的流动性,杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性4.意义：打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新品种5.植物体细胞杂交技术的优点和局限性（1）优点：打破生殖隔离，克服远缘杂交不亲和的障碍（2）局限性：①技术复杂、操作繁琐、工作量大②不一定按人们需要表达优良性状知识梳理

知识总结

知识梳理知识梳理五、植物细胞工程的应用

（一）植物繁殖的新途径2.作物脱毒（1）选材部位：植物顶端分生区附近（如茎尖）（2）选材原因：病毒极少,甚至无病毒（3）操作过程：切取一定大小的茎尖进行组织培养,再生的植株就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗（二）作物新品种的培育1.单倍体育种（1）过程

知识梳理

知识梳理五、植物细胞工程的应用（三）细胞产物的工厂化生产2.细胞产物的工厂化生产（1）概念：利用植物细胞培养来获得目标产物（2）植物细胞培养：在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术（3）过程（4）优点：不占用耕地,几乎不受季节、天气等的限制,对于社会、经济、环境保护具有重要意义（5）实例：紫草宁、紫杉醇、人参皂苷等的生产知识梳理外植体

愈伤组织

细胞悬液

细胞产物脱分化分散开培养提取脱毒苗≠抗毒苗（1）脱毒苗是选择植物的分生区如茎尖（刚形成,病毒含量极少,甚至无病毒）进行组织培养而获得的,属于细胞工程的范畴。脱毒苗只是体内不含病毒,不能抵抗病毒的侵染。（2）抗毒苗是把抗某病毒的基因导入受体细胞中,并通过一定的方法培养形成的,属于基因工程的范畴,但转入抗病毒基因的植物细胞也需经植物组织培养才能得到抗病毒的植株。易错提醒基础梳理重点难点考点二

动物细胞工程知识梳理动物细胞工程的技术手段动物细胞培养（动物细胞工程基础）动物细胞融合动物细胞核移植知识梳理一、动物细胞培养1.概念：从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适当的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术2.原理：细胞增殖（有丝分裂）3.培养对象：动物组织的选择幼龄动物或老龄动物幼龄个体的细胞分化程度低、分裂能力强，易培养4.动物细胞培养的条件：（1）营养（2）无菌、无毒的环境（3）温度、PH和渗透压（4）气体环境动物体组

织单个细胞取出分散适宜条件细胞生长和增殖一、动物细胞培养4.动物细胞培养的条件：（1）营养①成分：将细胞所需的上述营养物质按其种类和所需数量严格配制而成的培养基，称为合成培养基由于人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚，因此，在使用合成培养基时，通常需加入血清和血浆等一些天然成分培养细胞动物时一般使用液体培养基，也称培养液（2）无菌、无毒的环境a.需要对培养液和所有培养用具进行灭菌处理b.在无菌环境下操作c.培养液还需要定期更换（以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害）d.如果要防止培养过程中微生物的污染，还可以在细胞培养液中添加一定量的抗生素知识梳理一、动物细胞培养4.动物细胞培养的条件：(3)温度、ph和渗透压（一般与动物体内相同）①适宜的温度：哺乳动物细胞培养的温度多以36.5±0.5℃为宜②适宜的pH：多数动物细胞生存的适宜pH为7.2~7.4③适宜的渗透压：维持细胞正常的形态和功能（4）气体环境①气体的组成及作用知识梳理95%空气5%CO2②培养装置:培养皿或松盖培养瓶CO2培养箱置于维持培养液的pH细胞代谢所必需重点难点一、动物细胞培养5.培养基本过程取动物组织制成细胞悬液一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官，原因：细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养。用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，去掉组织间蛋白，将组织分散成单个细胞机械方法原因：a.从动物体取出的成块组织中，细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖；b.能使细胞与培养液充分接触，更易进行物质交换。保证细胞所需的营养物质的供应及有害产物的及时排出。重点难点一、动物细胞培养5.培养基本过程取新鲜的动物组织单个细胞①机械的方法②胰蛋白酶或胶原蛋白酶等处理+培养液细胞悬液放入培养皿或培养瓶内进行原代培养原代培养：分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养。体外培养的动物动物可以分为两大类①悬浮在培养液中生长增殖②需要贴附于某些基质表面才能生长增殖（这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上，称为细胞贴壁）放入CO2培养箱中培养悬浮培养的细胞：因细胞密度过大、有害代谢物积累、培养液中营养物质缺乏而分裂受阻。贴壁细胞：除受上述因素的影响外，还会发生接触抑制现象。（当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖。）重点难点一、动物细胞培养5.培养基本过程传代培养：分瓶之后的细胞培养悬浮的细胞：直接用离心法收集贴壁细胞：用胰蛋白酶等处理，再用离心法收集放入CO2培养箱中培养重点难点一、动物细胞培养5.培养基本过程二、干细胞培养及其应用

动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫做干细胞干细胞存在早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中类型胚胎干细胞（ES细胞）成体干细胞存在于早期胚胎中，具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能

成体组织或器官内的干细胞，包括造血干细胞、神经干细胞及精原干细胞，具有组织特异性，只能分化成特定的的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力应用：ES细胞可以在体外分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等细胞应用：与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关知识梳理诱导多能干细胞（iPS细胞）科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，将它称为诱导多能干细胞（简称iPS细胞），之后用iPS细胞治疗了小鼠的镰状细胞贫血。2007年，科学家通过类似的方法成功诱导出人类的iPS细胞二、干细胞培养及其应用知识梳理科学家利用载体将特定基因导入细胞中表达，体细胞可诱导转变为iPS细胞应用：IPS细胞治疗阿尔兹海默症和治疗心血管疾病优点：①诱导过程无须破坏胚胎②iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应二、干细胞培养及其应用知识梳理缺点：干细胞应用面临的问题存在着导致肿瘤发生的风险，导致iPS细胞无法在短期内进入临床应用三、动物细胞融合技术1.概念：使两个或多个动物细胞结合形成一个

细胞的技术

2.原理：细胞膜的流动性3.结果：融合形成杂交细胞具有原来两个或多

个细胞的遗传信息4.诱导融合的方法知识梳理注：植物体细胞杂交得到是杂种细胞物理方法：电融合法、

离心法化学方法：聚乙二醇融合法（PEG融合法）生物方法：灭活病毒诱导法（特有）P48相关信息病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞互相凝聚，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合

三、动物细胞融合技术5.意义①突破了有性生殖的局限，使远缘杂交成为可能②为制造单克隆抗体开辟了新途径拓展知识知识梳理6.灭活病毒应用原理：灭活：用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但并不破坏它们的抗原结构7.动物细胞融合完成的标志：细胞核的融合8.应用：单克隆抗体及其应用重点难点四、单克隆抗体及其应用1.早期获得抗体的方法反复注射动物体内抗原多种浆细胞多种抗体（血清）产量低，纯度低，制备的抗体特异性差、反应不灵敏每一个浆细胞只能产生一种特异性抗体体内产生的特异性抗体多达百万种缺点2.单克隆抗体制备思路：把一种B淋巴细胞与能在体外大量增殖的骨髓瘤细胞融合，所得到的融合细胞就可能大量增殖的，产生足够数量的特定抗体注射特定蛋白免疫小鼠培养小鼠骨髓瘤细胞B淋巴细胞骨髓瘤细胞多种细胞多种杂交瘤细胞能分泌所需抗体的杂交瘤细胞选择培养基克隆化培养专一抗体检测注射到小鼠腹腔内增殖体外培养单克隆抗体诱导融合动物细胞融合动物细胞培养筛选一筛选二多次筛选特异性强、灵敏度高、可大量制备细胞增殖细胞膜具有流动性既能大量繁殖又能产生专一抗体四、单克隆抗体及其应用2.制备过程重点难点3.单克隆抗体制备过程中两次筛选的比较项目第一次筛选第二次筛选筛选原因诱导融合后得到多种融合细胞，还有未融合的细胞等由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，所以经选择培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞筛选目的筛选出杂交瘤细胞

筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞筛选方法用特定的选择培养基筛选：未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长

用96孔板培养，在每一个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞的情况下进行克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到足够数量的能分泌所需抗体的杂交瘤细胞重点难点重点难点（1）能准确地识别抗原的细微差异；（2）与特定抗原发生特异性结合；（3）可以大量制备（1）广泛用作诊断试剂重点难点4.单克隆抗体的优点5.单克隆抗体的应用（2）运载药物：如抗体-药物偶联物（ADC）生物导弹=单克隆抗体+药物，治疗肿瘤(单抗导向，药物为弹头)优点：位置准确、疗效高、副作用小抗体药物接头细胞凋亡利用同位素或荧光标记的单克隆抗体在特定组织中成像的技术，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病（3）直接用于治疗疾病实例：利妥昔单抗(美罗华)是一种针对CD20抗原的人鼠嵌合型单克隆抗体，是第一个被FDA批准用于临床治疗的单抗。进入人体后能通过介导抗体依赖的细胞毒性作用、补体依赖的细胞毒性作用和抗体与CD20分子结合引起的直接效应，抑制细胞生长，改变细胞周期以及凋亡等方式杀死淋巴瘤细胞在医学领域，单克隆抗体药物占有非常重要的地位重点难点5.单克隆抗体的应用抗体药物接头ADC被细胞吞噬释放药物溶酶体裂解细胞凋亡五.动物细胞核移植技术知识梳理1.概念：动物细胞核移植技术是将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术2.原理：动物细胞核的全能性整个细胞随分化程度的提高，分化潜能逐渐减弱，全能性受到限制3.分类①胚胎细胞核移植：分化程度低，表现全能性容易②体细胞核移植：分化程度高，表现全能性困难4.生殖方式：无性生殖因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植从卵巢中采集卵母细胞体外培养到MⅡ期去核（核：纺锤体—染色体复合物）去核卵母细胞从供体取体细胞，进行培养供体细胞重构胚注入①注入的是供体细胞的细胞核：克隆动物的核外DNA来自卵母细胞②注入的是供体细胞：克隆动物的核外DNA来自供体细胞和卵母细胞电融合法用物理或化学方法（如电刺激、Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等）激活重构胚胚胎移植受体母牛（代孕母牛）小牛五.动物细胞核移植技术——体细胞核移植知识梳理6.应用前景①畜牧生产方面：加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育②医药卫生领域：转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产医用蛋白；转基因克隆动物的细胞、组织和器官可以用于异种移植；人的核移植胚胎干细胞经诱导分化，形成相应的细胞、组织、器官后，可用于组织器官的移植③了解胚胎发育及衰老过程④保护保护濒危物种，增加濒危动物的存活数量⑤用克隆动物做疾病模型，使人们更好地追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病7.存在的问题①成功率非常低，各个技术环节有待进一步改进②绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷五.动物细胞核移植技术知识梳理基础梳理重点难点考点三

胚胎工程知识梳理一.胚胎工程1.概念：对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求操作对象动物生殖细胞、受精卵、早期胚胎细胞技术种类体外受精、胚胎移植、胚胎分割工程实质在体外条件下，对动物自然受精和早期胚胎发育条件进行的模拟操作理论基础哺乳动物受精和早期胚胎发育的规律知识梳理二.受精1.概念：指精子和卵子结合形成合子（即受精卵）的过程2.场所：输卵管3.过程：受精前的准备阶段受精阶段准备阶段1：精子获能（在雌性动物生殖道）准备阶段2：卵子的准备（达到MⅡ期才具备与精子受精的能力）精子穿越卵细胞膜外的结构，如透明带精子接触卵细胞膜透明带反应卵细胞膜反应形成雄原核、雌原核，释放第二极体精子入卵雌、雄原核靠近核膜消失，形成受精卵受精结束，卵裂开始二.受精知识梳理（1）精子如何穿越卵细胞膜外结构释放多种酶，溶解这些结构（2）防止多精入卵的两个屏障透明带反应、卵细胞膜反应（3）透明带反应发生时间精子触及卵细胞膜的瞬间（4）卵细胞膜反应发生时间精子入卵后（7）雄原核的形成精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，最后形成一个比原来精子的核还大的核，叫做雄原核；（8）雌原核的形成精子入卵后,被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ，排出第二极体后，形成雌原核(9)受精的标志:观察到两个极体（透明带和卵细胞膜之间）;观察到雌、雄原核二.受精知识梳理二.胚胎早期发育知识梳理受精卵桑葚胚囊胚原肠胚卵裂分裂方式：有丝分裂特点：细胞数目增多，但胚胎的总体既不增加该时期细胞属于全能细胞内细胞团：发育为胎儿的各种组织滋养层细胞：发育为胎儿的胎膜和胎盘囊胚腔：内含液体出现了三个胚层孵化：囊胚从透明带中伸展出来三.体外受精1.试管动物含义：是指通过人工操作使卵子在体外受精，经培养发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体知识梳理个体精子卵子受精卵体外受精早期胚胎子宫胚胎移植早期胚胎发育2.意义：①提高动物复制能力的有效措施②可以为胚胎移植提供可用的胚胎三.体外受精3.体外受精过程：知识梳理卵母细胞成熟培养MII成熟卵母细胞精子